Плотность энергии

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Плотность энергии — количество энергии на единицу объёма.

Плотность энергии упругого тела[править | править вики-текст]

При линейной деформации плотность энергии, запасаемая упругим телом, равна:

где  — тензор деформации, тензор напряжений,  — тензор упругости.

В простейшем случае (сжатие-растяжение) плотность упругой энергии равна

где  — относительная деформация,  — модуль Юнга.

Плотность энергии идеального газа[править | править вики-текст]

Плотность энергии идеального газа может быть вычислена через давление, либо через молекулярную/молярную плотность и температуру:

где:

показатель адиабаты;
— число молекул в единице объёма;
постоянная Больцмана;
— абсолютная температура;
молярная плотность;
газовая постоянная;
плотность;
молярная масса.

Плотность энергии фотонного газа[править | править вики-текст]

Плотность энергии фотонного газа (равновесного излучения абсолютно чёрного тела), имеющего температуру , равно:

, где σ — постоянная Стефана — Больцмана.

Плотность энергии в электродинамике и теории относительности[править | править вики-текст]

В специальной теории относительности плотность энергии является -компонентой тензора энергии-импульса.

Плотность электромагнитной энергии[править | править вики-текст]

Плотность энергии электромагнитного поля может быть выражена через параметры электрического и магнитного полей.

В СИ: ;

В СГС:

Плотность энергии различных систем[править | править вики-текст]

В таблице приведена плотность энергии замкнутых систем, включая дополнительные внешние компоненты, такие как окислители или источники тепла, но исключая энергию покоя системы в конечном состоянии. 1 МДж ≈ 278 Вт·ч.

Плотность энергии
Название Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) Практическая эффективность использования %
Аннигиляция материя + антиматерия до 89 875 517 873,681 764 (точно) ≈ 9·1010 24 965 421 631 578,26(7) ≈ 25·1012 Зависит от вступающих в реакцию частиц, электроны и позитроны аннигилируют полностью, при аннигиляции барионов часть энергии в конечном счёте уносят нейтрино
Слияние ядер водорода 645 000 000 179 310 000 000 ~1–10·1012
(в ядре Солнца)
Реакция дейтерий-тритий 337 000 000 93 686 000 000
Уран-235, используемый в ядерном оружии 88 250 000 24 533 500 000 1 681 000 000
Природный уран (99,3 % U-238, 0,7 % U-235) в реакторе на быстрых нейтронах 86 000 000 23 908 000 000 [50 %]
Тепловая энергия от α-распада плутония-238 2 200 000[1] 611 600 000 43 648 000
Кинетическая энергия спутника Земли на низкой орбите 33 9 167
Дизельное топливо в мощной дизельной электростанции (без учёта массы генератора) 20,1 [2] 5 583 47 %
Бензин (без учёта массы генератора) 8,1—10,5 [3][4] 2250—2917 19—24 %
Супермаховик 1,8 500 98%
Генератор на водородном топливном элементе, без учёта массы конструкции 12 [5] 3000
Серебряно-цинковый аккумулятор 0,47 [6] 130,6 1,8
Литий-ионный аккумулятор 0,46—0,72 [7] 128—200 2
Ni-MH-аккумулятор формата AA ёмкостью 2000 мА·ч 0,33 92 1,24
Тяговый свинцово-кислотный аккумулятор 0,17 [8] 47
Пусковой свинцово-кислотный аккумулятор 0,1368 [9] 38 0,337
Накопители на сверхпроводящих магнитах 0,1
Ионистор 0,03[10] 6,17 0,032 (MAXWELL K2)
Керамический конденсатор 0,003[11]
Электролитический конденсатор 0,000 639 0,1775 0,00083
Плёночный конденсатор 0,000 180[12] 0,05 0,0025 (maxwell CM-3)
Гравитационный аккумулятор (груз 1 кг на высоте 1 м) 0,000 009 8 0,0027 0,0001 для свинца
Взведенная часовая пружина 0,0003 0,083 0,0006
Название Плотность энергии на единицу массы (МДж/кг) Плотность энергии на единицу массы (Вт⋅ч/кг) Плотность энергии на единицу объёма (МДж/л) Практическая эффективность использования %

Примечания[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]